Исследование раскрыло регуляторную роль «мусорной» ДНК в геноме человека

Новое международное исследование предполагает, что древние вирусные ДНК, встроенные в наш геном и долгое время считавшиеся генетическим «мусором», могут играть важную роль в регуляции экспрессии генов. Автор: ASHBi/Университет Киото

Международная группа учёных из Японии, Китая, Канады и США обнаружила, что последовательности ДНК, известные как MER11, которые ранее считались бесполезными, на самом деле влияют на включение и выключение генов, особенно на ранних стадиях развития человека. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Транспозонные элементы (TEs) — это повторяющиеся последовательности ДНК, происходящие от древних вирусов. За миллионы лет они распространились по геному с помощью механизмов «копирования и вставки». Сегодня TEs составляют почти половину человеческого генома. Хотя раньше считалось, что они не выполняют полезных функций, последние исследования показали, что некоторые из них действуют как «генетические переключатели», контролируя активность соседних генов в определённых типах клеток.

Однако из-за высокой повторяемости и почти идентичных последовательностей TEs сложно изучать. В частности, более молодые семейства, такие как MER11, плохо классифицированы в существующих геномных базах данных, что ограничивает понимание их роли.

Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали новый метод классификации TEs. Вместо стандартных инструментов аннотации они сгруппировали последовательности MER11 на основе их эволюционных связей и степени сохранности в геномах приматов. Этот подход позволил разделить MER11A/B/C на четыре подсемейства: от самых древних (MER11_G1) до самых молодых (MER11_G4).

Новая классификация выявила ранее скрытые закономерности регуляторного потенциала генов. Учёные сравнили подсемейства MER11 с эпигенетическими маркерами — химическими метками на ДНК, влияющими на активность генов. Оказалось, что новая классификация точнее отражает реальные регуляторные функции.

Для проверки способности MER11 контролировать экспрессию генов команда использовала метод lentiMPRA (лентивирусный массово-параллельный репортерный анализ). Этот метод позволяет одновременно тестировать тысячи последовательностей ДНК, вставляя их в клетки и измеря степень активации генов. В ходе эксперимента исследователи проанализировали почти 7000 последовательностей MER11 у человека и других приматов.

Результаты показали, что MER11_G4 (самое молодое подсемейство) обладает высокой способностью активировать экспрессию генов. Кроме того, у него обнаружились уникальные регуляторные «мотивы» — короткие участки ДНК, служащие точками связывания для транскрипционных факторов (белков, управляющих включением генов). Эти мотивы могут значительно влиять на реакцию генов на сигналы развития или внешние стимулы.

Дальнейший анализ выявил, что последовательности MER11_G4 у человека, шимпанзе и макак со временем накопили небольшие различия. У людей и шимпанзе некоторые мутации могли усилить регуляторный потенциал в стволовых клетках.

«Молодые MER11_G4 связываются с уникальным набором транскрипционных факторов, что указывает на приобретение новых регуляторных функций через изменения последовательностей и их вклад в видообразование», — поясняет ведущий автор исследования доктор Сюнь Чэнь.

Исследование предлагает модель понимания того, как «мусорная» ДНК может эволюционировать в регуляторные элементы с важными биологическими функциями. Проследив эволюцию этих последовательностей и напрямую проверив их функции, учёные показали, как древние вирусные ДНК стали частью системы регуляции генов у приматов.

«Наш геном был секвенирован давно, но функции многих его частей остаются неизвестными», — отмечает соавтор исследования доктор Иноуэ. Транспозонные элементы, по-видимому, играют важную роль в эволюции генома, и их значение станет яснее по мере развития исследований.

Дополнительная информация: Сюнь Чэнь и др., A phylogenetic approach uncovers cryptic endogenous retrovirus subfamilies in the primate lineage, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.ads9164. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads9164

Источник: Университет Киото